وقد أعادت عمليات الانطلاق الأخيرة في مجال الاندماج النووي الاهتمام العالمي بـ helium-3] كوقود يمكن أن يوفر طاقة نظيفة وشديدة الحد دون أن يُضاف إليها الأمتعة المشعة للأنشطة التقليدية أو حتى الدمج في الجسيمات المحولة، خلافا للنهج التقليدية للدمج التي تنتج كميات كبيرة من النيوترونات وتفريغ النفايات المشعة الطويلة الأجل().

ما هو "هيليوم-3" في الصمام؟

Helium socioeconomic (3 He] is a light, non-radioactive isotope of helium with two protons and one neutron. When fused with deuterium (]2H), the reaction produces helium4 ([FLT4:]

2H + 3 He ⁇ 4]he + p + 18.3 MeV

]

وتطلق هذه الاستجابة الطاقة في شكل جسيمات محملة يمكن حصادها مباشرة باستخدام الحقول المغناطيسية أو التباطؤ الكهروستانتي، مما يتخطى الحاجة إلى تربين من الدراجات البخارية، ومن الناحية الفظيعة، فإن المنتجات الثانوية الوحيدة هي هي هي الهيليوم غير المؤذي(4) والبروتون - لا يوجد نيوترونات ولا يوجد نشاط مشع لهياكل المفاعلات ولا وجود لعنصر طويل الأجل.

Helium‐3 fusion is often categorized as an “aneutronic” fusion reaction, a class that includes other promising fuels such as boron11 (p‐11B). However, the deuterium still‐-of-‐-‐-‐-of-of-ium advantages3 (DH]

كيف يعمل الهيليوم الثالث في شركة بلاسما

To sustain a D —3He fusion reaction, a plasma must be heated to temperatures exceeding 600 million degrees Celsius — roughly 40 times hotter than the core of the Sun. At such extreme interer‐-‐gies, the electrostatic repulsion between positively charged nuclei is overcome, allowing them to harmony into the strong —

(أ) لا يزال العزل المغناطيسي النهج الرائد في الـ D-3 [FLT:] صمامات، مظلات، ومواصفات متطورة، ومعاملات في المجال الميداني [متنوعة]، يجري تكييفها للعمل بالوقود الهيليوم - 3؛ والتحدي الرئيسي هو تحقيق المنتج الثلاثي

آخر المنجزات العلمية (2022-2025)

The past three years have seen a flurry of activity in helium —hin-3 fusion research. While large, government‐backed tokamaks continue to inch toward breakeven, several private companies and university laboratorys have achieved notable firsts with D —3.

1 - الرد المستمر في مواضع التسجيل

وفي عام 2023، أظهر الباحثون في TAE Technologies] Norman a stable, field —reversed‐configuration plasma fuelled with a deuterium —3-fold that maintained core temperatures above 30 keV (INT350 million °C) for over 10 milliseconds - a tenfold improvement over previous mix.

2 - تحسين تشكيلة البلسمة عن طريق المقاتلات المتقدمة

In Germany, the Wendelstein 7‐X] stellarator has been running dedicated experiments with helium —3 plasmas since 2022. By optimising the magnetic geometry to suppress turbulent transport, the tool achieved an energy confinement time of 0.8 seconds at a temperature of 20 keV — a critical stepping colour to continuous

3 - كشف تحويل الطاقة المباشر

A team at the University of New South Wales] built a prototype “direct energy converter” that captures the kinetic energy of charged fusion products from a small D -3he plasma source. The Design achieved an extraction efficiency of 68 % radical efficiency

4- تحليل العينات من طراز Lunar Helium -3

وفي تطور مواز، أعادت بعثة الصين Chang’e5] عينات من التربة من القمر تحتوي على تركيزات تصل إلى 30 جزءاً من المليار بالوزن - أعلى مما كان مقدراً سابقاً من بيانات الاستشعار عن بعد، وفي حين أكد تحليل مفصل أجرته الأكاديمية الصينية للعلوم أن إعادة التحلل السطحي في موقع التعدين يمكن أن تؤدي نظرياً إلى وجود عملية صمام طولية من نوع " كيلوغرامات " .

Advantages of Helium —3 Fusion Over Other Energy Sources

أما حالة دمج الهيليوم - 3 فترتكز على أربعة أركان هي: السلامة، والبعد البيئي، والكفاءة، ووفرة الوقود.

السلامة والنفايات

ونظراً لأن D - 3 ينتج تقريباً أي نيوترونات، فإن سفينة المفاعلات والهياكل المحيطة لا تنشط بقصف متعمد، ولا يمكن اختراق النشاط الإشعاعي، مما يعني أن موظفي الصيانة يمكنهم الوصول إلى قلب المفاعل في غضون ساعات من الإغلاق، كما أن خطر انقطاع نشاط المفاعل عن الحياة هو أكثر بساطة بكثير.

الأثر البيئي

ولا تنطوي دورة الوقود المقترحة على استخراج الهيليوم - 3 من إعادة الغفران أو من المصادر الأرضية (مثلاً، الديكتايوم الثلاثي)، واستخدام مادة الديوتريوم الأرضية (العامل المشابه في مياه البحر)، ويقدر أن البصمة الكاملة لكربون دورة الحياة - بما في ذلك التعدين، والتجهيز، والنقل، والبناء - أعلى بكثير من حجمها.

كثافة الطاقة والكفاءة

فكمية واحدة من الهيليوم - ٣، عندما تنفجر بحوالي ٦,٦٧ كيلوغرام من الديوتريوم، تُطلق نفس كمية الطاقة التي تبلغ نحو ٥٠٠ ١٧ طن من النفط، ومع التحويل المباشر للطاقة، يمكن أن تبلغ الكفاءة العامة للنباتات ٧٠ في المائة، مقارنة بنسبة ٣٣ في المائة لمصانع الانشطار النووي الحالية و٤٥ في المائة للتركباتات الغازية المجم َّعة الدراجات، مما يعني أن المفاعلات الأصغر والأرخص يمكن أن تنتج نفس الناتج التقليدي.

إمدادات الوقود: مواد غير قابلة للتداول

ويندر جداً الهيليوم الأرضي )٤ر١ جزء في الغلاف الجوي(، ولكن تشير التقديرات إلى أن إعادة التلوين تحتوي على ما بين مليون و ٠١ ملايين طن من الهيليوم - ٣ - بما يكفي لتوليد الطاقة في الكوكب بأسره لقرون بمعدلات الاستهلاك الحالية، وأن التعدين في سطح القمر للهيليوم - ٣ هو مجال نشط من مجالات البحث، حيث تقوم وكالة ناسا ووكالات فضائية مختلفة بإجراء دراسات جدوى.

مقارنة مع الأثاث في مادة الديوتريوم - التريتيوم

ويستخدم مسار البحث المهيمن في مجال الاندماج في الوقت الحاضر مادة الديوتريوم والتريتيوم، لأنه يحتوي على أدنى درجة حرارة للاشتعال )١٠٠ مليون رطلوم( وأعلى مقاطع للرد في ظروف البلازما القابلة للتحقيق، غير أن الدمج في نهاية المطاف له عيوب كبيرة: ٨٠ في المائة من الطاقة التي يُطلق عليها النيوترونات السريعة، التي تفجر هيكل المفاعل، وتتسبب في أضرار إشعاعية، ومواد تنشطة.

Helium‐3 fusion trades a higher ignition temperature for a dramatically clean reaction. The trade wave means that D —3 He reactors will require better plasma confinement and higher temperatures, but they will not need fishutron shielding, tritium breeding, or extensive remote highly-maintenance Robics. In the long run, D —2]

Challenges on the Road to Commercial Helium —3 Fusion

ورغم التقدم المطرد، لا تزال هناك عقبات رئيسية عديدة قبل أن يسهم دمج الهيليوم - 3 في شبكة الطاقة.

1 - تحقيق الإشعال وكسب الطاقة الصافي

No D‐3He fusion experiment has yet demonstrated a positive net energy gain (Q ⁇ 1). The highest QFT compliance remain just above unity for D‐T plasmas in devices like JET and the Japanese JT60SA. For D[F-[evenT:2]3He,

2- عدم الاستقرار في البلاستيك في درجة الحرارة العالية

ونظراً لأن درجات حرارة البلازما ترتفع فوق 30 كيلوفولت، فإن أوجه عدم الاستقرار الجديدة - مثل ألفين آيجينموس وهوفات المنشار - أصبحت أكثر اضطراباً، حيث أن التحكم في هذه الاضطرابات في D-()() هو مجال نشط من مجالات البحث.

3- اقتصاد إمدادات الوقود وتصريفه

(أ) إنتاج الهيليوم الأرضي(3) أساساً كمنتج ثانوي من تلف ثلاثي في صيانة الأسلحة النووية وفي بعض مفاعلات البحوث، ولا تعد المخزونات العالمية الحالية سوى عشرة كيلوغرامات قليلة - غير كافية للاستخدام التجاري.() أما تعدين اللونار، في حين كثيراً ما يُشار إليه كحل نهائي، فإنه يواجه تحديات تقنية واقتصادية هائلة.() ويجب تخفيض تكاليف الإطلاق، وإعادة التجهيز، وتوليد الطاقة في الموقع عن طريق استكشاف الهياكل الأساسية.

وفي غضون ذلك، يقوم الباحثون بالتحقيق في مصادر أرضية بديلة: يمكن استخراج الهيليوم - 3 من الغلاف الجوي بتركيزات منخفضة جداً باستخدام التحلل المبرد، ولكن هذا مكلف للغاية، وهناك نهج آخر يتبعه ] هيليون الطاقة ، وهو توليد الهيليوم - 3 في الموقع من ردود الفعل الخارجية على البيوتريوم، ثم إعادة الدمج.

4- المواد ذات الطبيعة العالية والمغنطيس

وتستلزم البلازما مفاعلاً يزيد حرارة درجة حرارة فوق ٠٠٠ ١ درجة مئوية ويحافظ على السلامة الهيكلية تحت تدفق حراري شديد، وتظل المواد المتقدمة مثل المحارم المتطاولة ذات الحجم الطويل، ومركبات النسيج المركب، وأسور الليثيوم السائلة ذات الحجم العالي )تجري اختبارها حالياً(.

لاعبو مشاريع رائدون حاليا

وهناك عدة منظمات في مقدمة عملية تطوير الهيليوم - 3 في مجال الاندماج:

  • TAE Technologies] - واستنادا إلى كاليفورنيا، جمعت TAE أكثر من بليون دولار لبناء سلسلة من أجهزة FRC. ومفاعلها السادس من جيل، كوبرنيكوس، مصمم لإظهار صافي الطاقة D - 3 [F fuLT:5].
  • ]Wendelstein 7X (Max Planck Institute)] - وهذا المصمم الألماني هو أكبر وأقدم، ويوفر بيانات رئيسية عن نقل البلازما واستقرارها في D - 3.
  • ]ITER - While primarily a D —T project, ITER will also test D —3 He scenarios in its later phases, especially regarding tritium breeding and neutronics.
  • Helion Energy] - يستخدم تصميم هيكل هيليون الميداني دورة لإزالة الديوتروم - 3، مع توالد الهيليوم في الموقع - 3، وقد وصلوا إلى 0.8 في البلازما D -D ويستهدفون النموذج التجاري 2028.
  • University of New South Wales, Princeton Plasma Physics Laboratory, and Chinese Academy of Sciences] - All are conducting fundamental research on D —]3 He plasma physics, direct energy conversion, and lunar sample analysis.

التوقعات الاقتصادية والبيئية

فالوعد الطويل الأجل بدمج الهيليوم - ٣ ملح، وهو نتاج متطور تماماً من D3] يمكن أن ينتج الكهرباء بتكلفة مخفضة تقل عن ٤٠ مليون دولار من دولارات الولايات المتحدة - قادرة على المنافسة مع أفضل مصادر الطاقة المتجددة والغاز الطبيعي - مع توفير الطاقة الأساسية على مدار الساعة بدون انبعاثات الكربون، كما أن انخفاض البصمة المحتوية على نفايات والسلامة المتأصلة يمكن أن يقلل من الحواجز التنظيمية العالية والمعارضة، مما يؤدي إلى تسارعة.

ولا تزال تقييمات دورة الحياة البيئية للهيليوم المزود بأجهزة ملوثة بمصادر من أجل الهيليوم الثالث مضاربة، ولكن الدراسات المبكرة تشير إلى أن إجمالي آثار الكربون في التعدين والنقل واستخدام سداسي فلوري - 3 سيكون أقل من 20 ميكروغرام/كيلوواط - أي أقل بكثير من الوقود الأحفوري والتنافس مع الطاقة الشمسية والريح عندما يُعامل التخزين واستخدام الأراضي.

التوقعات المستقبلية وخط الزمن الواقعي

ويوافق معظم خبراء الاندماج على أن المظاهرة دال - 3 ]H reactor producing net electricity is unlikely before 2035 -2040.() وتتوقف سرعة التقدم على التمويل المستمر والتعاون الدولي، والاختراقات في المواد ومراقبة البلازما، وستكون السنوات الخمس المقبلة حاسمة: نتائج شركة TAE ' s Copernicus, Helion ' s commercial prototype, and Wendelstein

أما تعدين اللونار من أجل الهيليوم - ٣ فهو اقتراح طويل الأجل، مع احتمال عدم توافر البنية التحتية حتى الأربعينات أو العشرينات، وفي الوقت نفسه، يمكن أن يوفر التوليد والاستخراج في الموقع من المياه البحرية )من خلال العمليات القائمة على الخريف( أول عدد قليل من المفاعلات، والطلب على البناء، ودفع التكاليف، أما الرؤية النهائية - وهي أسطول عالمي من محطات الطاقة النظيفة والآمنة وغير القابلة للتجديد - فلا تزال تمثل أحد الاحتمالات المستقبلية.

وكما قال الفيزيائي جون هولدن في وقت سابق، " فالأسد يبعد ثلاثين عاماً دائماً - ولكن السنوات الثلاثين بدأت في الانكماش " .